無苯系物溶劑及油墨在食品包裝印刷中的技術研究和應用
--全國食品包裝安全技術研討會專家報告
（作者：佛山市保居樂化工科技有限公司總工程師   韋筱蘭）

尊敬的各位領導、嘉賓，女士們、先生們、大家好！

      我是佛山市保居樂化工科技有限公司的工程師韋筱蘭。我非常榮幸接受大會主辦單位：中國包裝總公司，國家包裝產品質量監督檢驗中心（成都）的邀請，在這里與大家一起共同探討和研究“無苯系物溶劑及油墨，在食品包裝印刷中的技術研究和應用”這一課題。同時非常感謝主辦單位，能給我.和我們公司這次向在座各位學習、交流的機會。 

一、印刷行業的前景
 
    近幾年隨著社會經濟的飛速發展，以及人們對生活素質要求的日益提高，國內塑料軟包裝市場發展特別快，以前一些非軟包裝用品生產企業，大多開始轉向塑料軟包裝的生產，食品、洗滌用品、化妝用品等包裝在形式和質量上的要求，發生了很大變化，塑料凹版印刷是當今塑料薄膜印刷的主要方法。用凹版印刷的塑料薄膜印刷品，色澤鮮艷、清晰明快、反差適度、形象逼真、立體感強、產品規格多樣化等優點。是其它印刷方式難以達到的,由于無可比擬的效果我國軟包裝印刷領域，特別是在食品包裝印刷這一領域，凹版印刷己占了主導地位。
 
    誠然,凹版印刷發展到今天，是與眾多相關行業的共同努力分不開的。如設備制造、油墨制造、溶劑、制版新技術的應用和印刷行業新工藝的實施等等，無不推動著凹印的繁榮發展。隨著社會經濟的發展，在各相關行業的共同努力下，我國"一流的產品，二流的包裝"這種局面正發生改變。然而，在產品品牌意識日益重視的情況下，越來越多的企業都十分重視自己產品的包裝和包裝安全。特別是食品企業對自身產品的包裝衛生和安全特別重視。同時國家也對食品衛生與安全問題提到了國計民生的大事來監管，食品包裝已列入國家質量監管的六類產品之一。
  
    目前，在出版領域的紙張凹版印刷上，已基本采用水溶性油墨,在裝飾領域(如木紋紙印刷)也大部分采用水溶性油墨；但在食品軟包裝凹版印刷方面，由于其材質的特殊性，和食品包裝的特殊要求，加之油墨在制造中存在尚有待解決的技術難點，使得食品包裝在凹版印刷上主要使用的油墨還是溶劑型油墨。適合凹版印刷的材料非常廣，其中常用的有：PVDC、PET、IPE、NY、CPP、OPP、BOPP、復合膜，以及其它與以上材料有相同特性的薄膜類，這些材料在選用上基本達到安全、衛生的要求。但適合食品包裝凹版印刷的油墨中，大多含有大量揮發性溶劑，這些揮發性溶劑幾乎占到凹印油墨成份的３０%-５０％，最多的達到60%-70%。
  
    其中又以苯、甲苯、二甲苯等芳香烴揮發性溶劑為主要原料, 這些原料既有毒又不利于環保、健康和安全，怎樣解決食品包裝在印刷上存在的衛生，和安全問題，已成為食品行業、印刷行業和油墨制造業等跨行業的焦點問題。

二、低毒型溶劑的開發研究歷程和成果

　　大家都知道，苯是一種無色有特殊芳香氣味的液體，具有易揮發、易燃、易爆炸和毒性很強的特點。所以油墨印刷中通常用甲苯和二甲苯替代純苯，作為各種膠印油墨的溶劑或稀釋劑。但是，甲苯和二甲苯都是有毒的物質。
  
    人在短時間內吸入較高濃度的甲苯、二甲苯的時侯，會導致中樞神經系統麻醉現象，輕者頭暈、頭痛、惡心、胸悶、乏力、意識模糊；嚴重者昏迷以至呼吸循環系統衰竭而死亡；如果長期接觸有一定濃度甲苯、二甲苯的氣體，則會引起慢性中毒直接導致白血病，所以苯系物已經被世界衛生組織確定為強烈致癌物質。同時，如果印刷包裝物的苯系物和其它有害物質的殘留量太大，會直接造成被包裝的食品受到嚴重污染造成重大損失。如何更好更有效的解決印刷品中有毒有害物質和苯系物殘留對食品的影響，便成了印刷行業亟待解決的問題。

　　有鑒于此，佛山市保居樂化工科技有限公司早在1996年便開展了這方面的探索，同年保居樂公司正式成立了"無苯系物化工科研中心"，并聯同國內數家高等院校的化工專家、教授組成專家組，專業從事無苯系物化工溶劑科學理論和實際應用的系統研究。到1998年經過二年多的努力，我們首先成功開發了"化工溶劑數字模型幾何代入法"，奠定了無苯系物溶劑研發理論基礎，在此基礎理論的指導下，我們正式展開了食品包裝凹版印刷油墨專用溶劑和油墨專用稀釋劑的"無苯系物替代含苯系物實際應用研究"。
 
    首先，我們對目前印刷企業所使用的印刷基材和油墨進行分析研究，經過大量的調查目前市面上出售的油墨適合凹版印刷的基材通常為：PVDC、PET、IPE、NY、CPP、OPP、BOPP特別常用的為PET、BOPP。同時我們通過對數十家印刷生產企業的印刷實際操作工藝的研究發現，造成食品包裝印刷物苯系物大量超標的原因是：在油墨使用時所用的稀釋劑配方多為丁脂、乙脂、丁酮，異丙醇，甲苯或二甲苯，并且甲苯或二甲苯用量都超過50％，加上原來油墨在生產過程中所加入的甲苯或二甲苯使得整個上機生產印刷的油墨苯系物含量高居不下，造成印刷物的苯系物殘留量非常大。經過以上的調查，為此，我們定下了一個明確的研究目標是：新型的無苯系物油墨混合溶劑，必須適應各類印刷機的速度，和干燥系統的結構；廣泛適應各種承印材料的特性，及生產場所的室內溫度和相對濕度，以及對油墨的有效溶解力應相對較高，和適當的干速等方面進行了充分考慮。同時新型的無苯系物油墨混合溶劑，和油墨稀釋劑，所選用的有機溶劑應具有良好的溶解能力，不含任何機械雜質及游離酸、堿和水分；新型溶劑不能與印版發生腐蝕作用，新型溶劑不能與油墨的組成成分發生化學作用；新型的溶劑必須具備低毒、微毒、無毒而且對各類型油墨的適應性廣。
 
    在對企業生產工藝的調查中，我們發現食品包裝中的凹版印刷，對油墨的要求相對較高，而油墨和溶劑又是印刷的必備材料之一。提高油墨的轉移效果，是控制印刷品質量的關鍵。但由于承印材料不同和印刷方式的不同，出現了油墨的轉移率不同，而油墨轉移率的優劣又決定了印刷成品的優劣。因此對塑料凹版印刷油墨的組成、固著和干燥方式，有其特定的要求。不同的承印材料和不同的油墨及不同溶劑間的配比有著特殊的不同效果。

　　首先，我們從包裝凹版印刷油墨的組成和特性進行研究，同時對油墨在印刷中出現的各種影響印刷質量的成因，進行了具體的分析，為新型的無毒低毒溶劑在印刷適應性中打下了良好的基礎。

　　我們都知道油墨是由顏料、連結料、助劑和溶劑組成。按一定的配比混合，經研磨、扎制而成。印刷時由連結料作為載體，將固體的顏料從墨槽轉移到塑料上。

　　其中：
    
  　1、 顏料分為無機顏料和有機顏料（主要用于調顏色）。
    
  　2、 連結料：是指油墨中的分散介質，是顏料粒子的載體。油墨的印刷適應性與連結料的性質十分密切，連結料的成分比較復雜，主要有油型連結料和樹脂型連結料，塑料凹印油墨的連結料主要是樹脂連結料：一般有聚酰胺樹脂類、硝化纖維素、丙烯酸樹脂類。
   
   3、 溶劑： 塑料凹印油墨的溶劑是塑料凹印油墨的重要組成部分，也是塑料薄膜復合膠粘劑中不可缺少的材料。它具有溶解物質和自身揮發的能力，其溶解力和揮發速度是決定塑料凹印油墨墨層干燥情況和影響印刷質量的重要因素。因此溶劑的選擇是保證油墨質量的前提條件。

　　通過調查研究，我們發現影響包裝凹版印刷品質量的若干因數如下：
   
   1、油墨的色相。要求每批油墨的色相相同。
   
   2、油墨的著色力。著色力是表示油墨的著色強度，俗稱油墨的濃度。著色力決定于顏料的性質，決定于顏料的含量和制造方法。顏料的分散度越大,它的著色力就越強；不過當顏料顆粒的分散度越來越大時，著色力的上升將逐漸緩下來。
油墨的著色力對印刷品的質量有較大影響，及與成本有密切關系。一般來說，油墨的著色力強，使用量少，印刷性能良好。用有機顏料制成的油墨著色力較強，表現為色澤鮮艷、飽和。
   
   3、油墨的透明度。油墨的透明度是用遮蓋力來表示的，遮蓋力小的透明度好，反之透明度差。
   
   4、油墨的細度。油墨生產企業的技術人員都知道，油墨的細度取決于油墨中顏料顆粒的大小。油墨中的顏料顆粒越細，油墨的性能也就越穩定。油墨中顏料顆粒細，可使網點著墨飽和滿，產品質量也越好。如果油墨顆粒太粗，便會堵在網孔內轉移不出來，造成堵版現象，尤其對于層次版印刷最為明顯。塑料凹印油墨一般要求細度在10μｍ以下，轉移效果會比較好。
   
   5、油墨的粘度。一般用察恩－３＃杯測粘度、粘度一般要求在16S-18S，它是指油墨在作用力的影響下，油墨內部產生阻礙其分子間相對運動的能力，這種能力越大，此油墨的粘度越大，反之則粘度小。油墨的粘度與生產順利進行和產品質量的關系非常密切，當油墨的粘度偏高時，網點轉移不實，會出現抽空現象，印刷后色相會變淺；當粘度偏低時，網點轉移出現拖影，油墨飽和度降低，粘度合適的油墨其傳遞性能好，是提高印跡牢度、干燥速度及光澤的重要條件。

　　影響粘度的因素很多，一般是溫度的影響較大，溫度升高粘度降低，溫度降低油墨粘度升高。
   
   6、油墨的流動性。就是油墨在本身的重力或外力的作用下，向四周流平的性質，它與油墨粘度的關系非常密切。
   
   7、油墨的干燥性。它與印刷品的質量有極大的關系，影響油墨干燥的因素也很多，可通過對生產作業場所的溫度、濕度、熱量、風量等的調整達到對油墨干燥性能的調整， 食品包裝凹版印刷油墨是揮發性的干燥，干燥速度不適宜時，就會出現粘壞、不干、脫墨、字線圖案殘缺不全等弊病。因此印刷時要通過干燥溫度和溶劑的選用來控制油墨的揮發速度。
  
    8、油墨的配比與調節。在印刷過程中，一般情況下塑料凹版印刷油墨由原墨和溶劑（也叫稀釋劑）組成，溶劑是塑料凹版印刷油墨的主要成分。溶劑溶解樹脂使油墨稀釋；也可調劑油墨增加其流動性及光澤，還可提高油墨的細度，但一定要選擇適當的溶劑和注意用量的控制。
  
    9、塑料凹版印刷油墨量的控制，印刷色序的合理安排，多色產品的套印控制。
   
   10、印刷速度。當印速過快時，會產生氣孔和拉絲現象，使印品上出現白點，影響印品的外觀效果；當印速過低時，油墨轉移也會受到影響，表現為流平性不好，色相偏淺且不均勻。因此印刷速度應該滿足承印材料的適應范圍。

   11、制版方面。不同制版工藝產生的網孔形狀、寬度和深度，均會對油墨轉移的效果有很大的影響。在塑料凹印中，應該根據承印材料的性質確定版深，及加網線數。如果網穴太淺，沒印多久就會被磨平，從而使網穴中的油墨量減少，影響油墨轉移效果。因此應該在保證質量的前提下，將網穴雕刻得深一些。 

   12、刮墨刀。刮墨刀的角度和種類，會影響刮墨效果和印版網孔內的著墨量。調小刮刀壓力、采用軟刀片、適當減小刀的角度，均可以改善油墨的轉移效果。另外，如果刮墨刀離印版壓印線較遠，小網穴里的油墨容易干結，出現"干版"現象，因此應該將刮墨刀往前推，離壓印線近些，這樣有利于刮墨刀將多余的油墨刮去，使網孔內的油墨很好地轉移到承印材料上。

    13、印刷壓力。相比較凸版和平版印刷，凹版印刷需要更大的壓力。壓印輥的印刷壓力對塑料凹印油墨的轉移影響很大。提高印刷壓力可以增大承印材料與印版之間的相對作用力，從而提高凹印油墨的轉移率。但壓力又不能太大，因為時間久了會對壓印滾筒有影響，嚴重時會出現裂紋，因此應該合理調整印刷壓力。 

   14、靜電作用。采用靜電工藝，有助于提高印版細密部分的油墨轉移，能夠避免網點丟失等現象的產生。因此在塑料凹印過程中，安裝靜電吸墨裝置，利用異性電荷相互吸引的作用，能夠把印版網孔里的油墨更多地吸附到承印材料上，提高油墨的轉移效果。

   15、環境溫濕度。如果環境溫度過高，溶劑揮發速度太快，并且極易干燥，從而出現"干版"現象，造成轉移不良；如果環境濕度太大，空氣中的水分會進入墨槽，使油墨溶解性變差，影響油墨轉移效果。

   16、溶劑（稀釋劑）。它具有溶解物質和自身揮發的能力，其揮發速度，是決定塑料凹印油墨墨層干燥情況，和影響印刷質量的重要因素。因此溶劑的選擇是保證油墨質量的前提條件。

　　　新型的溶劑研究原則及應考慮的因素：從以上大量的調查數據和工藝要求顯示新型的無苯系物溶劑必須服從印刷機的印刷速度；印刷機的干燥系統的結構；承印材料的特性；室內溫度和相對濕度及對油墨的良好溶解等方面考慮，所開發的新型溶劑應具有良好的溶解能力，不含任何機械雜質及游離酸、堿和水分；溶劑不能與印版發生腐蝕作用；溶劑不能與油墨的組成成分發生化學作用；溶劑的氣味小，毒性小，揮發的氣體要符合環境保護的要求。為此我們專家組從２０００年開始根據：

    1、 三維溶解參數理論。
    2、 漢森溶解球理論
    3、 有機溶劑活性系數。
    4、 溶劑極性原理。
    5、 混合溶劑的粘度計算理論。
    6、"共沸物"的原理
等多種原理的指導下我們自行研制和開發的"化工溶劑數字模型幾何代入法"的幫助下，經過無數次的配方調型，和上萬次的應用實驗，成功開發出新一代全"無苯系物，無鹵烴"的油墨凹版印刷專用溶劑。經過數十家的企業試用，收到良好的效果。新型的無苯系物油墨專用溶劑有如下特點：　
 
    1、對油墨的溶解力好,增強油墨的均勻性；

    2、增強油墨對印刷基材的附著力；

    3、增加油墨色彩的鮮艷度；

    4、過烘箱時，溶劑能迅速揮發，并能在揮發過程中把原油墨中的有害物質一并帶走，降低有害物質的殘留；

    5、印刷品不打折、不反粘；

    6、印刷后的產品無溶劑留下的氣味；

    7、減少車間空氣污染，改善車間工作環境，防止工人遭受苯系物的危害；

    8、干速適中，能極好的調整油墨的干燥性能，避免了因干燥問題出現粘壞、不干、脫墨、字線圖案殘缺不全等弊�。�

    9、對各種速度的印刷機都有極好的適應性；

    10、無需現場調配，簡化生產工藝，減少了生產中溶劑調配時20%左右的揮發性損耗，有效節約生產成本；

    11、保證了勞資雙方的安全。因為食品包裝有害物質殘留主要來源于包裝材料,特別是包裝印刷過程中所使用含苯、正已烷、鹵代烴等，有害化工材料作主要原料的油墨、溶劑所致。這類富含有害物質的油墨、溶劑在生產過程中會引起操作工人的急性、慢性中毒，影響勞資雙方的合作關系，也嚴重影響社會穩定。

    12、印刷品有害物質殘留量少對食品無轉移性的污染，保證了食品的衛生和安全。

　　2004年，保居樂公司產品"無苯系物油墨專用溶劑"研究成功，并經國家多家權威機構檢測，各項性能指標均達到或超過國家標準。
        
1、毒性檢驗：
    
  　經"中國疾病預防控制中心職業衛生與中毒控制所"毒性檢測，檢測結論產品為實際無毒級。（具體檢驗資料見附件）
        
2、成份檢驗：
   
   經"國家建筑材料測試中心"成份檢測，三苯含量中苯含量為零，甲苯＋二甲苯含量為：0.03-0.06%.
        
3、殘留物檢驗：
   
   經"國家包裝產品質量監督檢驗中心（成都）"對我司使用東洋油墨有限公司、葉氏油墨公司、美嘉油墨公司生產的PET和BOPP油墨配合我司新型油墨專用稀釋劑在正常印刷生產中抽樣檢驗結果為0.7mg/m?。
   
   今天能在此和與會的各位專家和同行一起共同對食品包裝印刷技術研討，我感到非常高興。我代表佛山市保居樂化工科技有限公司全體仝仁向大家及大會主辦單位表示衷心的感謝。同時借此之際，特別向葉氏油墨（中山）有限公司、江門東洋油墨有限公司、中山市美嘉印刷器材料有限公司、南海南方包裝材料有限公司、佛山寶盛源包裝材料有限公司、佛山東方包裝材料有限公司、圣安娜食品有限公司等單位的領導和技術人員多年來對我們在研究和開發新型"無苯系物油墨專用溶劑"的支持和幫助表示衷心的感謝！

    因為沒有你們的無私幫助我們不可能取得今天的成果！在食品包裝這個應用廣泛、技術含量非常高行業里我們只是做了一點初步的探索和研究，希望在今后的日子里能繼續得到各位專家、同行和支持我們的企業更多的幫助和支持。